深度解析全球粘土(陶瓷)3D列印現狀

2021-02-24 南極熊3D列印

當很多小夥伴玩桌面3D印表機玩久了以後，就感覺沒什麼意思，就想能夠列印其他的材料多好啊，有的人比較喜歡吃，就想列印糖或者巧克力，喜歡玩的就想列印陶泥。我就是屬於喜歡玩的。

   

                                         列印軟糖                                       

 

列印巧克力


但是該怎樣才能列印出這種膏狀類的材料呢？真正在列印膏狀材料的開拓者是Richard Horne。他在他的個人主頁中記載了怎樣製作膏狀擠出機。分別是用來糖糊、巧克力、玉米面粉、陶泥進行了實驗。

個人主頁

列印陶泥                              

 

列印黑巧克力

   

列印玉米面糊                     

 

列印reprap酥


Richard Horne是一名偉大的探索者，他首先在reprap mendel完成了粘土列印的實驗，也做了顆粒擠出機和蠕動式擠出機等。他做的粘土3D列印擠出機原理是注射泵（注意不是柱塞泵），（注射泵是通過電機和各種機構將電機的旋轉運動轉化為直線運動，利用直線運動來推動注射器，常用的是絲杆螺母，Richard Horne使用的是同步帶）

   

同步帶注射泵                                    

 

絲杆螺母注射泵


在2013年以後國外的一些愛好者和3D列印廠商也在折射泵擠出機的基礎上推出了自己的粘土3D印表機。
在2014年義大利設計師和工程師Francesco Pacelli，利用注射泵也製造出了列印粘土的3D印表機

   

                               利用絲槓螺母的注射泵                             

 

粘土3D印表機


2015年2月3D PotterBot也推出了粘土3D印表機，機器本身的形狀是平臺做XY的平動，擠出機Z向運動。該公司聲稱，這樣做粘土擠出機可以使列印更加精確。但是如果你看到3D PotterBot在YouTube上發的視頻，就會發現這樣做精度雖然高了但是會導致重心位置升高，穩定性降低，而且列印的速度非常慢。
DeltaBots的機器需要2950 $，他們提供兩種不同的容量，2000毫升和4000毫升（67盎司和135盎司）

DeltaBots 粘土3D印表機               

 

正在列印


DeltaBots公司設計的擠出機，也是採用注射泵，但是直接採用的是貫通式步進電機沒有採用絲杆螺母或者是同步帶同步輪。而且不是採用注射器而式這幾設計製造的料筒活塞，噴嘴還有各種不同直徑的。

DeltaBots公司設計的擠出機

不同直徑的噴嘴


注射泵擠出機總結

注射泵擠出機簡單，製作方便，成型效果好，但是缺陷就是容量太小，最大的注射器只有200ml,而且使用大容量的注射器，質量很重，會導致慣性很大使設備的穩定性降低。而且在裝填粘土的時候，如果黏土中出現空氣，在列印時會發生斷料的情況。

還有採用壓縮空氣，來進行粘土列印

Jonathan的印表機是在delta 3D印表機的基礎上設計的，而且所有部件都可以自己DIY，或者在網際網路上訂購，這種設計便於使用粘土進行逐層堆積。印表機使用Johann Rocholl修改過的Marlin固件。切片軟體他使用Skeinforge和Slic3R切片。 
粘土擠出機部分改裝自膠粘劑行業：Jonathan使用了迪康系統TS系列點膠槍的部件，使用了其料筒、效應器和上蓋，粘土被壓縮空氣擠出料筒，壓強大約為30 psi（磅/平方英寸）或2bar。(使用的是點膠機配件在某寶可以購買，但是這臺粘土3D印表機需要買一臺空氣壓縮機最好是電動的而且靜音)。

   

                           Jonathan設計的粘土印表機                              

 

正在工作

 

擠出機配件


2015年波蘭公司TYTAN 3D 推出了多功能的3D印表機，其中既包括列印粘土的擠出機，也是採用壓縮空氣，推動活塞擠出。TYTAN 3D的擠出機使用的不是點膠機，而是採用壓力控制閥和電磁閥。壓力控制閥控制氣壓，電磁閥控制氣流通斷。

   

                                     擠出機                                            

 

TYTAN粘土3D印表機               


國內外還有很多公司也是用壓縮空氣，就不一一說明了，需要了解可以去3D print網站了解。壓縮空氣的好處就是容量很大，不需要電機控制，但是需要空氣壓縮機。而且壓力不好把握。如果在他裝填粘土的時候，混有氣泡，不止會發生斷絲的情況，高壓氣體會將原有的部分破壞。

另外一種擠出方式就是高壓氣體與螺杆擠出相結合。這樣既不會產生氣泡，也不會受到容量的限制不能列印大尺寸的作品。
在reprap的雜誌上，有關粘土列印的記載。是採用高壓氣體與螺杆擠出相結合。

粘土3D印表機正在工作的的圖

作品圖

螺杆擠出內部結構（白色部分為列印件）

擠出機整體圖


由於金屬螺杆太貴，國外愛好者基本上採用塑料螺杆，但是由於螺杆與粘土摩擦，用不了多久，就會將螺杆磨損。由於這個方案非常好國外許多廠商都基於壓縮空氣和螺杆的基礎上推出了自己的擠出機。

LUTUM 3D粘土印表機
2015年3月份推出LUTUM® 3D粘土列印系統，它的售價為3950歐元（不含增值稅、運輸和包裝費，太貴了，不適合中國人）。這個價格包括一臺LUTUM迷你3D印表機，一個粘土罐、一個控制箱，一個壓力控制系統等。需要自己準備的是一臺空氣壓縮機，一些粘土用於3D列印，以及一個窯爐用於燒制。

   

                                            擠出機                                            

 

列印實物


擠出機工作原理就是使用高壓氣體將料筒內的粘土通過高壓氣體壓縮到進料口，減速步進電機通過聯軸器與螺杆相連，螺杆轉動將內部的粘土擠出。

中國國內做粘土3D列印的主要有四川成都的和山東淄博的。
四川成都有人做粘土的3D列印，要價RMB 200,000。 

擠出機採用壓縮氣體的方式。

山東淄博也有人做，機器沒見著，找了一個樣品圖，感覺上釉的水平太挫了。

 


我們課題組（雖然就倆人）上次閒著沒事也做了做，其他的都不說了看圖吧

 

 對陶瓷3D列印感興趣，現在已經有8款了，請加熊大微信/qq：392908259。

作者：黃子凡

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